高溫高壓多相流體動力學理論與應用/工業和信息化部“十二五”規劃專著 [Theories and Applications of Multiphase Flow Dynamics in High Temperature and High Pressure] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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袁亞雄，張小兵 著

圖書標籤:

• 多相流體動力學
• 高溫高壓
• 傳熱
• 流體力學
• 工業應用
• 能源
• 熱工
• 工程技術
• 十二五規劃
• 科學研究

出版社： 北京理工大学出版社

ISBN：9787568221665

版次：1

商品编码：12179775

包装：平装

丛书名： 工业和信息化部“十二五”规划专著

外文名称：Theories and Applications of Multiphase Flow Dynamics in High Temperature and High Pressure

开

內容簡介

　　《高溫高壓多相流體動力學理論與應用/工業和信息化部“十二五”規劃專著》以多次得到國傢自然科學基金和重點實驗室基金等資助的有關高溫、高壓、等離子體流體動力學方麵的研究成果為基礎，在介紹多相流動基礎理論的同時，努力結閤近幾十年來，在國防新技術開發和兵器安全性工程方麵的研究成果，如含能材料的點火燃燒與控製、異常壓力産生機理及抑製技術、異常壓力下含能材料的破壞機理、高溫高壓連續介質和顆粒軌道模型多相流數值模擬與仿真、膛內壓力波數值模擬與預測、高密實床中燃燒轉爆轟機理、高溫高壓條件下的本構關係、高密實床動態壓強測試及發射安全性評估技術，把國內外與高溫高壓多相流體動力學有關的理論研究成果和近年來多相流體動力學領域的測試技術編寫進來。

內頁插圖

目錄

第一章 基本概念
1．1 引言
一、多相流定義
二、多相流實例
三、學科發展概況
1．2 多相流特點
1．3 流型與流型圖
1．4 主要參數定義
一、物質密度和錶觀密度
二、氣相體積分數或空隙度
三、氣相質量分子、氣相質量流量分數及裝填比
四、體積比與質量比
五、顆粒間距
六、顆粒的擬流體假設
1．5 混閤物熱力參數
一、密度
二、壓強及狀態方程
三、比內能、比焓與比熵
四、比熱容
1．6 張量錶示法
一、嚮量
二、嚮量點積和約定求和法
三、坐標係統的鏇轉
四、剋羅尼剋爾符號
五、嚮量叉積與置換張量
六、張量場的微分
1．7 雷諾輸運定理
一、流體運動的描述
二、雷諾輸運定理
1．8 牛頓內摩擦定律
一、流體微團運動的分析
二、運動流體的應力
三、應力和變形的關係，本構方程
1．9 流體力學基本方程
一、連續方程
二、運動方程
三、能量方程
1．10 二維層流邊界層
一、邊界層概念
二、平麵邊界層微分方程
三、邊界層動量積分關係式

第二章 湍流基礎
2．1 湍流運動的現象與性質
一、湍流與雷諾實驗
二、湍流運動特點
2．2 流態過渡（層流穩定性與湍流起源）
一、層流穩定性
二、小擾動方程組
三、奧爾-索默菲爾德方程
四、拇指麯綫
五、影響層流穩定性的其他因素
2．3 統計平均法
一、時間平均法
二、空間平均法
三、係綜（統計）平均法
四、各態遍曆假設
五、時間平均法則
2．4 湍流的連續方程
2．5 湍流的運動方程——雷諾方程
2．6 湍流的能量方稗
……
第三章 顆粒及顆粒群特性
第四章 數值計算模型
第五章 液體霧化和氣泡動力學
第六章 通過多孔介質的流動
第七章 高溫高壓氣-固多相流工程應用
第八章 氣固等離子體高溫高壓多相流工程應用
第九章 高溫高壓氣液多相流工程應用
第十章 多相流測試技術
參考文獻

前言/序言

　　多相流是在流體力學、傳熱傳質學、燃燒學、化學等學科的基礎上發展起來的一門新興學科，是流體力學的重要分支和學科前沿，在航空航天、國防、能源、化工、環境保護、冶金、輕工、食品加工等領域有著廣闊的應用前景。在高溫（3000K）、高壓（300～700MPa）的兵器發射領域，涉及到固體發射藥火炮和固體火箭的氣固多相流動、液體發射藥火炮的氣液多相流動、電熱化學炮的氣固等離子體及氣液等離子體多相流動、衝壓發射技術的混閤氣體流動等，它們的流動特徵和各種本構關係不同於常溫常壓下的多相流動。編寫本書的宗旨就是密切結閤高溫高壓狀態下的兵器發射技術，把多相流領域的基礎理論和最新成果編寫進來，努力推進我國兵器科學與技術的研究和發展。
　　近代發射理論的研究與現代兵器中高溫高壓伴隨化學反應的瞬態流場的理論與實驗技術密切相關。本書以多次得到國傢自然科學基金和重點實驗室基金等資助的有關高溫、高壓、等離子體流體動力學方麵的研究成果為基礎，在介紹多相流動基礎理論的同時，努力結閤近幾十年來，在國防新技術開發和兵器安全性工程方麵的研究成果，如含能材料的點火燃燒與控製、異常壓力産生機理及抑製技術、異常壓力下含能材料的破壞機理、高溫高壓連續介質和顆粒軌道模型多相流數值模擬與仿真、膛內壓力波數值模擬與預測、高密實床中燃燒轉爆轟機理、高溫高壓條件下的本構關係、高密實床動態壓強測試及發射安全性評估技術，把國內外與高溫高壓多相流體動力學有關的理論研究成果和近年來多相流體動力學領域的測試技術編寫進來。
　　為瞭完成一本適閤兵器學科專業的、係統介紹多相流理論的教材（專著），在撰寫過程中，考慮瞭以下幾方麵的目標與要求：（1）內容完整性。在大綱中包含瞭基本概念和基礎知識部分、各種數值模型及方程組部分、實驗與測試部分以及工程應用部分。工程應用的內容除瞭高溫高壓伴隨化學反應的多相流場的理論與實驗外，還包含瞭氣固流動、液體霧化與氣泡動力學、通過多孔介質的流動、等離子體動力學等內容，涵蓋瞭多相流動應用的大部分工程領域。（2）內容先進性。書中介紹的各種數學模型是在綜閤有關文獻的基礎上編寫而成的，其中有無滑移連續介質模型、Soo-Drew小滑移顆粒軌道模型、離散粒子（顆粒軌道模型）、雙流體（多流體）模型、湍流模型等。同時把我們的最新研究成果格子Boltzmann方法在氣固兩相流中的應用，高階近似黎曼解模型多相流中的應用，以及CFD-DEM耦閤模型及在內彈道中的應用等。在介紹各種模型時，交待瞭模型産生的背景、物理假設、數學推導及計算方法，使讀者瞭解到本學科的最新成果和發展動態。（3）係統性與知識的連貫性。由於多相流動是單相流動的延伸與發展，它必然服從流體力學的所有基本定律。在介紹本課程基本概念時，除瞭介紹本課程用到的一些預備知識外，特彆安排瞭雷諾輸運定理的內容，將流體力學的概念拓展與加深，采用張量工具，推導三大守恒方程，在此基礎上，還介紹瞭相關的邊界層知識及湍流基礎知識。（4）強調國防領域應用的特色。考慮到高溫高壓多相流體力學的應用背景是國防領域，因此在撰寫過程中注重高溫高壓流體力學在火炮、火箭、裝藥等領域的工程應用。介紹的許多工程實例緊密結閤火炮、火箭以及許多兵器領域新型發射原理等方麵的最近發展動態，反映當前的最新研究成果。
　　本書內容分十章。第一章為多相流動的基本概念；第二章為湍流基礎；第三章為顆粒及顆粒群特性；第四章為數值計算模型；第五章為液體霧化和氣泡動力學；第六章為通過多孔介質的流動；第七章為高溫高壓氣固多相流工程應用；第八章為氣固等離子體高溫高壓多相流工程應用；第九章為高溫高壓氣液多相流工程應用；第十章為多相流測試技術。第一、二、三、四、五、六、十章由袁亞雄撰寫，第七、八、九章由張小兵撰寫。
　　由於我們學術水平有限，書中難免還有許多不當之處，敬請廣大讀者批評指正，我們將在以後的版本中予以修正。

現代流體力學前沿進展：從湍流建模到復雜介質輸運 書籍簡介 本書旨在全麵梳理和深入探討現代流體力學領域中幾個關鍵且具有挑戰性的前沿方嚮，重點聚焦於非牛頓流體行為、復雜邊界條件下的流動控製，以及麵嚮能源、環境領域的新型流動現象。本書並非對某一特定工程應用（如高溫高壓下的多相流）進行專項剖析，而是立足於流體力學基礎理論的拓展與創新，為研究人員、高年級本科生及研究生提供一個理解和掌握當前研究熱點與未來發展趨勢的綜閤性參考。 全書內容組織嚴謹，邏輯清晰，分為四個主要部分，共十二章。每一章都力求在理論深度與工程相關性之間找到平衡，強調數學模型、數值模擬方法（CFD）與實驗驗證的有機結閤。 --- 第一部分：非均勻與非綫性流體動力學基礎 (Foundations of Non-Uniform and Non-Linear Fluid Dynamics) 本部分著重於偏離理想流體假設的情況，探討流體本構關係復雜化後所帶來的動力學挑戰。 第一章：廣義牛頓流體的本構關係與粘彈性效應 本章深入探討瞭剪切速率依賴性流體（如聚閤物溶液、泥漿、食品材料）的本構模型，包括冪律模型、賓漢塑性模型和卡羅爾-斯科特-剋洛斯模型。重點分析瞭粘彈性流體在快速變形（如擠壓、噴射）過程中齣現的應力鬆弛、粘滯擴張和收縮現象。引入瞭Oldroyd-B和Giesekus等粘彈性本構方程，並討論瞭這些方程在綫性和非綫性狀態下的數值求解難度與穩定性問題。討論瞭如何利用本構關係的變化來預測流動不穩定性（如條紋、死區形成）。 第二章：多孔介質中流體的滲流與通道效應 雖然本書不聚焦於高溫高壓下的相間作用，但本章詳細研究瞭流體在具有復雜幾何結構的固體骨架中流動的基本規律。內容涵蓋瞭達西定律的適用範圍、修正模型（如Forchheimer項的引入），以及孔隙尺度結構對手宏觀滲透率的影響。特彆關注瞭在微重力或強梯度條件下，多孔介質中液體的毛細驅動力與粘性力的競爭機製，並引入瞭格子玻爾茲曼方法（Lattice Boltzmann Method, LBM）在模擬復雜孔隙結構滲流方麵的優勢。 第三章：湍流結構的精細化建模與降階方法 湍流是流體力學中最具挑戰性的問題之一。本章不側重於傳統RANS模型的應用，而是深入探討瞭高精度湍流模擬的最新進展。內容包括：大渦模擬（LES）中亞網格尺度的建模技術（如動態Smagorinsky模型），以及直接數值模擬（DNS）在驗證新型湍流模型中的作用。此外，本章還引入瞭基於信息論和降階方法的湍流模型構建思路，例如本徵正交分解（POD）在識彆和重構主流湍流模態方麵的應用，以期在保證精度的同時大幅降低計算成本。 --- 第二部分：復雜邊界條件下的流動控製與穩定性分析 (Flow Control and Stability under Complex Boundary Conditions) 本部分關注如何通過外部乾預或幾何設計來主動或被動地調控流場結構，以達到減阻、增效或穩定結構的目的。 第四章：主動流控技術在減阻中的應用 本章係統介紹瞭幾種前沿的主動流體控製策略。重點分析瞭基於等離子體激勵器（Dielectric Barrier Discharge, DBD）的邊界層控製，探討瞭等離子體産生的一維或二維脈衝流對湍流斑點（Turbulent Spots）的抑製效果。此外，還討論瞭磁流體力學（MHD）方法在導電流體中的應用潛力，以及微機電係統（MEMS）驅動的振蕩器陣列在誘導流動分離和再附著方麵的作用。 第五章：流動不穩定性理論與臨界分析 本章從綫性穩定性理論（LST）和非綫性穩定性理論的角度，分析瞭特定幾何構型（如彎麯管道、翼型尾跡）中的流動失穩機製。引入瞭特徵值問題求解中的伴隨方法（Adjoint Methods），用以識彆流場中對擾動最敏感的區域（The Receptivity Problem）。探討瞭在高雷諾數下，非綫性相互作用如何導緻從層流到湍流的轉捩過程。 第六章：幾何微結構對流動特性的影響 本章探討瞭微米/納米尺度錶麵結構（如肋條、凹坑、仿生錶麵）對宏觀流動行為的調控。分析瞭錶麵粗糙度和微結構引起的粘性耗散變化，以及在層流和湍流邊界層中，這些結構如何通過“陷阱”或“導流槽”效應影響動量和熱量傳遞。 --- 第三部分：界麵動力學與分散體係 (Interface Dynamics and Dispersed Systems) 本部分討論瞭流體界麵如何演化，以及在非連續相介質中，分散顆粒或液滴的行為規律。 第七章：自由錶麵流動的界麵捕捉技術 聚焦於描述自由錶麵（如波浪、液滴破碎、射流）的數值方法。詳細介紹瞭水平集方法（Level Set Method）和相場方法（Phase-Field Method）在保持界麵光滑性和拓撲不變性方麵的優勢與局限性。討論瞭如何有效耦閤界麵動力學（如錶麵張力梯度、Marangoni效應）與流場求解。 第八章：顆粒/液滴的離散相輸運與碰撞動力學 研究瞭在連續相中輸運的離散相顆粒或液滴的運動規律。重點分析瞭顆粒的慣性效應、升力（如馬格努斯力、Saffman力）對軌跡的影響。對於顆粒碰撞與聚結，引入瞭基於統計學的碰撞核模型，並討論瞭如何利用歐拉-拉格朗日方法來模擬稀疏到中等密度分散體係的輸運過程。 --- 第四部分：計算流體力學方法的前沿應用 (Advanced Applications in Computational Fluid Dynamics) 本部分關注解決前述復雜流體力學問題的先進數值算法。 第九章：基於高階有限體積法的數值格式設計 本章深入探討瞭為保證復雜流動模擬精度所需的數值格式。介紹瞭如WENO (Weighted Essentially Non-Oscillatory) 和守恒型高斯-洛剋方法在求解強激波和邊界層中的應用。討論瞭如何設計高階的非結構化網格上的積分和通量計算方案。 第十章：不可壓縮流體的壓力-速度耦閤算法優化 針對不可壓縮納維-斯托剋斯方程（Navier-Stokes Equations），本章對比和改進瞭主流的壓力-速度耦閤算法，如SIMPLE族、PISO以及基於分數步法的投影方法。重點討論瞭在處理大規模非綫性問題時，如何利用預條件子技術（Preconditioning）加速牛頓迭代的收斂性。 第十一章：高精度網格生成與自適應網格加密（AMR） 高質量的計算網格是高精度模擬的基礎。本章介紹瞭先進的結構化和非結構化網格生成技術，特彆是處理復雜三維幾何體和流體邊界層的網格劃分策略。詳述瞭基於流場特徵（如梯度、渦量）的自動網格細化與粗化（AMR）算法的實現原理及其對計算效率的提升作用。 第十二章：高性能計算與並行化策略 本章探討瞭將CFD求解器移植到大規模並行計算架構（如GPU和大規模CPU集群）所需的優化技術。內容包括領域分解（Domain Decomposition）、並行通信（MPI/OpenMP）的負載均衡、以及如何利用現代計算架構的內存層次結構來優化數據訪問模式，從而實現對超大規模問題的有效求解。 --- 本書匯集瞭多位在流體力學不同分支具有深厚研究背景的學者成果，理論推導詳實，案例分析貼近當前科研挑戰，是希望深入理解和掌握現代流體力學前沿研究工具與思想的讀者的理想參考書。

评分☆☆☆☆☆

作為一個對流體力學領域充滿好奇的普通讀者，我購買這本書更多的是齣於對未知的好奇和對科學探索的熱情。我並不能完全理解書中所包含的每一個公式和每一個復雜的概念，但我被“高溫高壓多相流”這個本身就充滿挑戰性的主題所吸引。我設想，這本書可能描繪瞭地球深處、極端環境下的流體運動，或者是那些在化工、能源等關鍵工業領域發揮著至關重要作用的復雜流動過程。我期待從中學習到一些關於流體如何在高壓高溫下錶現齣奇特行為的知識，以及這些知識如何被應用於解決現實世界的問題。即使我無法完全掌握其技術細節，我依然希望通過閱讀，能感受到科學傢們在探索這些極端流動奧秘時的智慧和努力。

评分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計給我留下瞭深刻的第一印象。封麵采用瞭一種深邃的藍色，搭配燙金的書名和作者信息，顯得既專業又大氣。紙張的觸感也相當不錯，厚實且具有一定的韌性，翻閱起來不會輕易損壞。打開書頁，字體大小適中，排版清晰，行間距也恰到好處，長時間閱讀也不會感到疲勞。我特彆注意到書的章節劃分非常閤理，每一章的標題都精準地概括瞭其核心內容，讓人一目瞭然。目錄也非常詳盡，方便讀者快速定位自己感興趣的部分。整本書的製作工藝透露齣一種嚴謹和高品質，這無疑為我深入閱讀打下瞭良好的基礎，也讓我對書中內容的深度和專業性充滿瞭期待。我非常喜歡這種注重細節的齣版風格，它不僅僅是一本書，更像是一件精心打磨的藝術品，值得細細品味。

评分☆☆☆☆☆

盡管我尚未深入閱讀本書的每一個技術細節，但我從其章節目錄和前言中，已經能夠感受到作者團隊在該領域深厚的積纍和前沿的視野。尤其是一些涉及高溫高壓極端工況的流體行為描述，似乎觸及瞭許多傳統流體力學理論難以完全解釋的復雜現象。我對其中關於多相流混閤、相變過程以及流動穩定性分析的章節尤為好奇。這些往往是許多工業流程，如能源開采、化工反應、核能安全等領域的核心難題。如果本書能夠提供切實可行的理論模型和計算方法，甚至是通過實驗數據驗證的工程案例，那無疑將極大地推動相關領域的研究和技術進步。我對書中可能包含的數值模擬技術和可視化工具也抱有濃厚的興趣，希望能從中學習到如何更有效地分析和預測復雜流動的行為。

评分☆☆☆☆☆

在翻閱這本書的初期，我被其嚴謹的邏輯結構和清晰的論述風格所吸引。作者似乎非常注重理論的溯源和概念的梳理，從基礎的流體力學原理齣發，逐步深入到高溫高壓多相流的復雜性之中。我尤其欣賞作者在引入復雜模型和方程時，會提供充分的背景解釋和物理意義的闡述，這對於我這樣非該領域頂尖的讀者來說，極大地降低瞭理解的門檻。我注意到書中可能涉及瞭大量的數學推導和物理模型構建，這本身就體現瞭作者深厚的理論功底。同時，我也看到瞭本書在結閤實際工程應用方麵所做的努力，相信書中提齣的理論模型和分析方法，能夠為解決諸如油氣開采、地熱能開發等實際工程問題提供重要的理論指導和技術支撐。

评分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺，更像是一部厚重的學術工具書，而非輕鬆的入門讀物。從書名和它所隸屬的“十二五”規劃專著的定位來看，它麵嚮的讀者群體應該是具有一定流體力學基礎，並且對高溫高壓多相流這一細分領域有深入研究或應用需求的專業人士。我個人在相關領域的研究尚處於初級階段，因此在閱讀時，可能會遇到一些需要查閱背景知識的挑戰。但我相信，正是這種深度和專業性，使得它成為研究者和工程師不可多得的參考資料。我尤其看重它可能帶來的前沿理論和創新性方法，希望它能幫助我拓寬研究思路，解決在實際工作中遇到的技術瓶頸。對於想要深入鑽研這一復雜領域的人來說，這本書無疑提供瞭一個紮實的研究平颱。